大紅山銅礦485水倉排水系統自動控制技術研究

劉關峰

(玉溪礦業公司大紅山銅礦,云南玉溪 651101)

大紅山銅礦485水倉排水系統自動控制技術研究

劉關峰

(玉溪礦業公司大紅山銅礦,云南玉溪 651101)

485水倉是大紅山銅礦井下排水系統的重要組成部分,該水倉匯聚了地下水、生產用水以及巷道清潔用水,水量較大、水質較差、顆粒物較多。文章分析了大紅山銅礦485水倉排水系統的現狀和面臨的問題,提出采用遠程自動控制技術的解決思路。在此基礎上,對該水倉的自動控制方案與設備選型等進行了系統的研究和開發。系統運行效果表明:采用自動控制技術和設備進行485水倉的監控與管理,可以大大減少值班工人數量,降低工人勞動強度,同時通過錯峰運行,節省大量能耗。

大紅山銅礦;485水倉;排水系統;自動控制

大紅山銅礦位于云南省玉溪市新平縣戛灑鎮境內,是玉溪礦業有限公司的主力礦山之一,年生產礦石量500萬t。該礦井下總排水量約為6 000 m3/d,排水系統主要有535、485、468、435及330等5個水泵房構成。長期以來,本礦排水系統一直采用離心式水泵、手動控制閥和止回閥的人工控制和管理系統,工人勞動強度極大。為改變這種局面,計劃對井下排水系統進行自動化改造,并結合485水倉匯聚了地下滲水、生產廢水以及巷道清潔污水,涌水量大,相比其它水倉水質更差、顆粒物更多的特點,選擇該水倉作為本改造項目的先期試驗研究對象,力求為實現全礦排水系統自動控制設備的合理選型和自動控制方案的科學制定積累豐富的經驗、奠定堅實的基礎。

1 大紅山銅礦485水倉排水系統現狀

大紅山銅礦485水倉共有三臺75kW200S-95B型離心式水泵,一用、一備、一修,水泵長期采用手動控制方式,該倉內的水將排到上部535中段水倉內。

1.1 大紅山銅礦485水倉現有排水系統設備組成

與國內其它采用離心式水泵的礦井排水系統在設備構成上大致相同,但與多數礦山采用射流泵[1](見圖1)實現水泵注水造真空環節不同,該水倉采用積水箱輔助實現水泵注水,圖2為該礦485水倉現有排水系統現場設備構成圖。

圖1 常見的離心式水泵礦井排水系統示意圖

圖2 大紅山銅礦485水倉排水系統實景圖

由圖2可見,在每臺水泵左邊安裝一部水箱,水箱左側有一DN200的進水管,下端與水倉相連;水箱上部有2根DN25的水管,一根上端與水泵排(出)水管相連,實現用排水管內的殘余水往水箱乃至水泵內注水,另一根上端開口,用于水泵啟動前水箱注水時,箱內空氣的排出;水箱右下方的水泵進水管一端連接水箱底部、另一段連接水泵進口,因此,水泵運轉過程中,水倉內的水先通過水倉吸水管從水箱上部進入水倉,然后由箱體底部的水泵進水管進入水泵;水泵上部有一DN25的排氣管,用以在往水箱內注水階段泵內空氣的排出;水泵右側為DN200的排(出)水管,垂直安裝有一個手動閥門和止回閥。

1.2 大紅山銅礦485水倉現有排水系統啟停步驟

在上述設備條件和水泵注水方式下,該水倉內水泵的啟停是根據485水倉以及535水倉的液位情況以手動方式來控制的。

在啟動水泵電機泵抽水之前,要依次完成下述動作:(1)打開水箱進水開關;(2)打開水泵和水箱排氣開關;(3)水箱和水泵內空氣排空,出氣嘴流水后,關閉水箱注水、水泵排氣和水箱排氣開關,啟動電機;(4)電機運轉正常后,打開水泵出水管閥門,開始排水。關閉水泵過程與此相反,即先將出水閘閥關死,再停水泵電機。

目前,所有水倉內均安裝有手動控制柜,主要由繼電器、電機保護器等設備組成,對電機啟停進行控制,而啟停過程中,涉及的閥門或開關則由人工直接操作,存在如下主要缺陷:

1.效率低、可靠性差。首先,工作流程完全由手工完成,勞動強度大;其次,值班工人要根據現場涌水量的不同,判斷同時投入幾臺水泵工作以便于既能及時排出積水,又能使泵站合理使用,避免過度頻繁的起停;第三,作業過程比較復雜,要求工人具有很強的責任心,否則可能出現誤操作,甚至發生大的事故;第四,除由肉眼觀察485水倉液位、并需電話聯系上部535水倉值班員了解情況,以決定水泵啟停。

2.工人勞動強度大。人工操作無法避免高強度的勞作。尤其是閘閥的操作,勞動量最大。而且水泵房要時時有人值守,以便在發生異常情況時,及時報警檢修。

2 大紅山銅礦485水倉排水系統自動控制方案

2.1 自動控制系統總體指導思想

485水倉自動控制系統方案制定時,遵循以下指導思想:(1)采用以太網方式連接。大紅山銅礦已經建成了數字礦山綜合通訊平臺,該平臺在硬件上主要由光纖、交換機和 WiFI接入點組成,完全基于TCP/IP和WiFI通訊技術;(2)盡可能保留系統現有設備和現有工作方式,節省項目投資。

2.2 自動控制系統總體方案

2.2.1 網絡接入設備的選擇

485水倉附近目前有2處具備 TCP/IP接入條件,一是在485監督站安裝有構成綜合通訊平臺骨干環網的千兆交換機,距485水倉400 m左右;二是在24線附近有具備 TCP/IP接口的WiFI接入點,該接入點距485水倉100 m左右,通過多模光纖級聯在其他接入點上,并最終與485監督站內的交換機相連。

通訊網絡的可靠性是自動控制系統可靠工作的重要前提條件,經綜合考慮,選擇485監督站交換機作為水倉控制設備的網絡接入點,為此,從該交換機另拉一條4芯單模光纖至485水倉。

2.2.2 可控閘閥的選擇

對水泵出水管控制閥和截止閥,改為200JD745X-10膜片式多功能介質自控閥。該閥是一種新型水力控制閥門,一個閘閥可替代電動蝶(閘)閥、逆止閥和水錘消除器3種裝置,在使用階段不需電氣控制、動力液壓控制以及重錘和蓄能缸等附屬裝置,完全水力自動控制,安全可靠性高[3]。

對水泵上部排氣嘴,選用ZQDF(Y)活塞、常閉式電磁閥,該閥公稱壓力16 kg,并配以小型旋啟式止回閥。對水箱注水管,選用2W-200-25型電磁閥。對水箱排氣嘴,選配小型旋啟式止回閥。

2.2.3 控制器和傳感器的選擇

對水箱和水泵的真空度,選用微型壓力變送器,安裝在水箱中部,通過變送器測定的壓力值,判定水箱是否已滿。液位計選用投入式液位變送器。出水管流量,選用渦街式流量計。

選用ADAM-5510KW/TCP 4槽以太網可編程控制器作為現場控制器,DO模塊選用ADAM-5056S,DI模塊選用ADAM-5051S,AI模塊選用ADAM-5017。電量監測選用YD2010智能電力監測儀。

2.2.4 軟件開發平臺的選擇

本項目軟件開發包括兩方面:一是研華ADAM5510KW/TCP系統的軟件,另外一部分是上位監控軟件的開發。

對于ADAM5510KW/TCP系統的軟件開發,本項目采用完全符合國際工控軟件開發標準“IEC61131-3”的德國 KW公司的MultiProg軟件來開發底層控制軟件。

對上位監控軟件,本項目采用通用自動化軟件組態王6.53來開發。為保證系統的可靠性,系統采用研華公司的工控機,操作系統采用中文Windows? XP+SP3,數據庫系統采用SQL Server 2000。

3 結論與展望

本項目自2009年9月份開始實施,目前已經完成全部軟硬件的開發和安裝,已在大紅山銅礦485水倉投入運行。考慮到井下排水系統全部歸動力工區維護和管理,而535水倉為大紅山銅礦的主水倉,控制室安裝在535水泵房中,由535水泵房值班工統一控制與管理。幾個月來,系統運行穩定,效果良好;取消了3名現場值班人員,改為由日常巡檢工定期檢查,年節省勞動力成本近10萬元;同時,采用錯峰運行方式,每年可節省能耗費用數十萬元。下一步計劃對其他水倉進行改造,全部改造完成后,全礦所有水泵的管理和控制均在535水泵房進行。

[1] 高林.煤礦井下排水自動控制系統的研究與開發[D].山西:太原理工大學,2007.

[2] 李澤松.井下水泵房自動排水系統研究[D].山西:太原理工大學,2005.

[3] 王艷霞,高建朝.多功能水泵控制閥在礦井排水系統中的應用探討[J].中國煤炭,2007,33(12):54-55.

Research on the Automatic Control Technology of the 485 Sump Drainage System in Dahongshan Copper Mine

LIU Guan-feng
(Dahongshan Copper of Yuxi Mining Company,Yuxi651101,China)

The 485 sump is an important component of Dahongshan copper mine downhole drainage system.The sump brings together groundwater,production water and roadway clean water,so the water amount is large,water quality is poor,and has more particulate matter in it.Firstly,this paper introduces Dahongshan copper mine 485 sump drainage system status and problems.Secondly,the automatic control project of sump and equipment selection were studied.Finally,after system transformation application,results are analyzed.The results show that adopting automatic control technology and equipment to monitor and manage the 485 sump could significantly reduce the number of workers on duty and labor intensity,while through staggering running,it saves a lot of energy too.

Dahongshan copper mine;485 sump;drainage system;automatic control

TH185

A

1003-5540(2010)04-0057-03

劉關鋒(1974-),男,工程師,主要從事采礦技術與管理工作。

2010-05-12